Rejtélyes kozmikus felfénylés nyomában az égen: AT 2019wey

Csillagvizsgáló Svábhegyi

Mi ez a furcsa karaktersorozat a címben? A hossza, a számok, a kis- és nagybetűk alapján akár egy erős internetes banki bejelentkezési jelszó is lehetne. De nem az, legalábbis nem az enyém! A blogbejegyzésből kiderül majd, hogy mi a karakterek jelentése – de az nem feltétlenül, hogy pontosan mit, milyen égi jelenséget takar ez a jelsorozat. Az utána való „nyomozás” ugyanis még most is javában folyik, s ebből intézetünk csillagászai több szálon is kiveszik a részüket.

Változó égbolt
A régi korok embere számára az égbolt, a csillagok az állandóságot jelképezték. Persze a csillagok éjszakáról éjszakára felkeltek és lenyugodtak, s ebben lassú, évszakos változásokat is meg lehetett figyelni. De fényességük, egymáshoz képesti helyzetük állandónak tűnt. A szabad szemmel megfigyelhető égi jelenségek között – eltekintve a Nap, a Hold és a bolygók mozgásától – kevés igazán feltűnő változás látszott. Voltak persze időnként nap- és holdfogyatkozások. Néha emberöltőkbe is beletelt, mire feltűnt egy fényes üstökös vagy váratlanul megjelent egy „vendégcsillag”, vagyis – ma már tudjuk – egy nóva vagy szupernóva galaktikus környezetünkben. Nem véletlen, hogy az ilyesmi rendszerint riadalmat keltett, babonás félelmet váltott ki az emberekben.
Mindezek alapján azt is hihetné az olvasó, hogy a csillagászat felettébb unalmas, lassan folydogáló tudomány lehet. Mi sem áll távolabb a valóságtól! Az 1600-as évek elejétől, a távcső megjelenésétől kezdve lehetővé vált egyrészt addig láthatatlan objektumok megfigyelése, másrészt olyan kis fényességváltozások felismerése is, amelyek szabad szemmel nem voltak észrevehetők. Aztán a XX. század elején, a széles látómezejű távcsövek és a fotografikus képrögzítési technika megjelenésekor szó szerint megnyílt a változó égbolt a csillagászok előtt. Kiderült, hogy se szeri, se száma a váratlan és változó égi jelenségeknek – az addig ismeretlen halvány kisbolygók és üstökösök felbukkanásától kezdve a csillagok hirtelen kitörésein vagy fényváltozásain át a távoli galaxisokban felfénylő, aztán fokozatosan elhalványuló szupernóvákig.

Manapság, az érzékeny égboltfelmérések, az elektronikus képalkotás és automatikus képfeldolgozás korában soha nem látott mennyiségben fedezik fel az ún. tranziens jelenségeket, amelyek olyan hirtelen égi változások, amelyek a másodperc törtrészéig, órákig, napokig, hónapokig vagy akár évekig tarthatnak. Még ez az utóbbi időtartam is rendkívül rövid, ha összehasonlítjuk a Világegyetem közel 14 milliárd éves korával, vagy a galaxisok, egyedi csillagok jellemzően évmilliókban vagy inkább évmilliárdokban mérhető életkorával. A tranziens jelenségek eredete igen sokféle lehet, például szupernóvák robbanása, nóvák, törpenóvák kitörése, vagy amikor egy fekete lyuk – legyen az csillagtömegű a Tejútrendszerben, vagy szupernagy tömegű a távoli galaxisok magjában – bekebelezi a hozzá túl közel kerülő anyagot. De hirtelen fényváltozást okozhat egy-egy csillagfedés vagy gravitációs mikrolencsézés is.

Ráadásul ugyancsak a XX. század első felétől már nem csak a látható fény tartományában tudjuk vizsgálni az égboltot. Az első „új ablak” a Világegyetemre a rádiótartományban nyílt meg. Nem véletlenül, hiszen a földi légkör ebben az elektromágneses hullámsávban is átlátszó. Más sávokban, mint jórészt az infravörös, valamint az ibolyántúli, a röntgen- és a gamma-tartományban a légkör fölé, űreszközök fedélzetére telepített megfigyelőműszerekre van szükségünk. Közös vonása ezeknek a tartományoknak, hogy mindegyikben detektálhatók tranziens égi jelenségek is. A legismertebbek közül említsük meg a gamma-kitöréseket, vagy a nem is olyan rég felfedezett gyors rádiókitöréseket. Ugyancsak néhány éve már nem csak az elektromágneses, de a gravitációs hullámokat is képesek vagyunk használni az Univerzum kutatására. A megfigyelt gravitációshullám-jelenségek valójában mind tranziensek: fekete lyukak és/vagy neutroncsillagok összeolvadásáról adnak hírt.

A többféle módon, több hullámsávban végzett megfigyelések adnak esélyt arra is, hogy megfejtsük a változatos égi jelenségek mögött álló fizikai okokat: mi fénylett fel, miért, honnan és mekkora távolságból érkeztek a detektált jelek? Egyes tranziensek csak egy adott hullámsávban észlelhetők, mint például a még mindig rejtélyesnek számító gyors rádiókitörések. Mások többfélében is, de a jelenségek időbeli lefolyása akár nagyon eltérő lehet – gondoljunk például a gamma-kitörések optikai utófénylésére vagy az egyes szupernóvákból érkező, akár hosszú éveken át megfigyelhető rádiósugárzásra.

Mit mond a név?
Az eddigiekből láthatjuk, hogy a csillagászati tranziensek világa igencsak változatos. Azt sem kell különösebben magyarázni, hogy miért fontos a felfedezéseket a lehető legrövidebb időn belül a tudományos közösség tudtára adni. Hiszen egy gyorsan elhalványodó, eltűnő jelenségről addig lehet csak minél több értékes adatot összegyűjteni, amíg az egyáltalán megfigyelhető marad. Közben és utána pedig kezdődhet az izgalmas kirakós játék: a rendelkezésre álló bizonyítékok alapján kideríteni, mi is okozhatta a tranzienst. Érdemes tehát rendet vágni a zűrzavarban, bevezetni egy egységes rendszert, és felállítani egy adatbázist, ahová a lehető leggyorsabban bekerülnek az új felfedezések.
A tranziens jelenségek egyes típusai számára a nemzetközi csillagász közösség saját jelölési rendszert dolgozott ki. A gamma-kitörések (angolul gamma-ray bursts) neve a például a megjelenésük dátumára utal: a GRB 080319B egy 2008. március 19-én detektált jelenség, aznap a második – erre utal a végén a B betű. A szupernóvák esetén kicsit másképp alakult a hagyomány. Az SN betűket az évszám követi, aztán újabb betűk jelölik az adott éven belül a felfedezések sorrendjét. Először a latin ábécé nagybetűi következnek. Például a közeli Nagy Magellán-felhőben 1987-ben felrobbant nevezetes SN 1987A volt annak az évnek az első szupernóvája. Ahogy a felfedezések szaporodtak, 1988-tól már kifogytak az évi 26 nagybetűből, kisbetűk párjaival folytatták a sort: aa, ab, ac, és így tovább. Napjainkban, az egyre fejlettebb égboltfelmérések korában már évente száz- sőt ezerszámra találnak szupernóvákat, akár négy kisbetűt tartalmazó jelölések is előfordulnak.
Az egyéb csillagászati tranziensek (astronomical transients) névadásához is hasonló módszert alkalmaznak, csak a jelölés az AT betűkkel kezdődik. A címben szereplő AT 2019wey története tehát 2019-ben, egy hirtelen észlelt fényjelenséggel kezdődött.

A felfedezés és utóélete
Az új égi jelenséget 2019. december 7-én figyelte meg először a Hawaii-szigeteken a NASA támogatásával működő ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System) égboltfelmérő program, amelynek elsődleges célja a Föld közelébe kerülő, akár potenciális becsapódási veszélyt jelentő kisbolygók felfedezése, nyomon követése. Náluk az ATLAS19bcxp jelölést kapta az amúgy ismeretlen eredetű jelenség. Ezt nem sokkal később, már 2020 februárjában az Európai Űrügynökség (ESA) Gaia űrszondája is megtalálta (Gaia20aua), miközben az égbolt szisztematikus pásztázása közben eljutott erre a területre. A Gaia nem kifejezetten a tranziensek megfigyelésére, inkább a Tejútrendszer csillagainak, helyzetüknek és mozgásuknak a pontos felmérésére készült, de adatait ilyesmire is jól lehet hasznosítani. Érdemes itt megemlíteni, hogy a Gaia tranzienseivel foglalkozó tudományos programban Marton Gábor vezetésével intézetünk munkatársai is részt vesznek!

Az AT 2019wey helyén semmi sem látható a Sloan Digitális Égboltfelmérés (SDSS) keretében készült korábbi térképen. (Kép: SDSS DR16) Forrás: http://skyserver.sdss.org/

Nyilvánvaló, hogy a tranziensek esetén gyors kommunikációra van szükség a kutatók között, nincs idő kivárni, amíg a hagyományos publikációs csatornákon elérhetővé válnak az információk. Egy-egy szakcikk megírása, elbírálása és megjelentetése a folyóiratokban legjobb esetekben is hónapokat vesz igénybe. Eközben pótolhatatlan megfigyelési lehetőségekről maradnánk le, a jelenség talán örökre eltűnne a szemünk (a távcsöveink) elől. A csillagászok többféle gyors kommunikációs csatornát alakítottak ki. Ezek egyike egy online folyóirat, a címe The Astronomer’s Telegram, röviden ATel. Itt a beküldés után azonnal megjelennek a rövid hírek, észlelési beszámolók. A bírálat hiányát a közlés gyorsasága ellensúlyozza. Természetesen később, amikor már összeáll a kép, nem spórolható meg a tudományos közlés bevett módja, az eredmények lektorált szakmai publikáció formájában való megjelentetése.

Ha időrendben felgöngyölítjük az eseményeket az ATel beszámolói alapján, akkor kiderül, hogy az AT 2019wey az egyéb hullámsávok közül először a röntgentartományban tűnt fel, méghozzá a 2019 nyarán indított orosz Szpektr-RG műhold műszereinek. A kezdetben rendelkezésre álló adatok alapján az volt a gyanú, hogy a felfényesedés oka egy ún. BL Lac típusú objektum kitörése lehet. Ezek olyan távoli aktív galaxismagok, amelyek közepén egy szupernagy tömegű fekete lyuk anyagot fog be a környezetéből. Ez az anyag a fekete lyuk körül örvénylő, beljebb egyre forróbbá váló korongba rendeződik. A folyamat időben nem egyenletes, előfordul, hogy felgyorsul, ilyenkor kitöréseket figyelhetünk meg. A bespirálozó anyag egy részét nem kebelezi be a fekete lyuk, hanem az a forgástengely mentén hatalmas, a fényét megközelítő sebességre felgyorsulva elhagyja a rendszert. A mágneses térben gyorsan mozgó töltött részecskék nyalábjából, amely a BL Lac objektumok esetén ráadásul szinte pontosan felénk mutat, nagy teljesítményű szinkrotronsugárzás érkezik. Ezek az aktív galaxismagok nem csak a látható fényben és a röntgentartományban, de rádiótartományban is feltűnőek.

Rádiósugárzó aktív galaxismag fantáziaképe. Középen az akár több milliárd naptömegnyi fekete lyuk, körülötte az anyagbefogási korong, rá merőlegesen pedig a rendszert elhagyó plazmanyalábok egyike. (Kép: NASA / JPL-Caltech) Forrás: https://www.hayvine.com/

A meglevő rádiós égboltfelmérésekben korábban nem volt semminek nyoma az adott égi pozícióban, ezért egy nemzetközi kutatócsoport – benne Gabányi Krisztinával (ELTE Csillagászati Tanszék) és e sorok írójával – gyors távcsőidő-kérelmet nyújtott be az amerikai VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) rádiótávcső hálózathoz. Ezt elfogadták, és májusban sikerült is egy – az adott felbontás mellett pontszerűnek tűnő – új rádióforrást felfedezni. Az optikai és röntgentranziens tehát rádióban is felbukkant! Mindez legalábbis nem mondott ellent a BL Lac azonosításnak.

A VLA egy Y ágaira emlékeztető elrendezésben, 27 darab, egyenként 25 m-es rádiótávcsővel üzemelő interferométeres rádiótávcső hálózat Új-Mexikó államban. Ezen az éjszakai felvételen a rendszer néhány antennája látható, a háttérben a Tejúttal. (Kép: NRAO / AUI / NSF, Jeff Hellerman) Forrás: https://public.nrao.edu/

Az eredményen felbuzdulva egy még nagyobb, immár több kontinensnyi kiterjedésű rádiótávcső-rendszerrel, az Európai VLBI Hálózattal (European VLBI Network, EVN) kezdeményeztünk további megfigyeléseket – gyorsan, mielőtt esetleg az objektum túlságosan halvánnyá válna. Az EVN felbontóképessége az ívmásodperc ezredrészét is eléri, ami nagyon fontos, ha be szeretnénk bizonyítani, hogy tényleg egy igen kompakt BL Lac objektumból érkezik a detektált rádiósugárzás. Októberben meg is történtek a mérések, meglett a kompakt objektum, sőt az is kiderült, hogy halványodás helyett egyenesen hatszor intenzívebb lett a sugárzása, mint a májusi VLA mérések idején volt! További, érzékenyebb és sűrűbb időbeli mintavételezésű interferométeres rádióméréseket is kezdeményeztünk, hogy esetleg a szerkezetét is megfigyelhessük és annak változásáról is megtudjunk valamit.

Időközben ugyanis kiderült, hogy bármi is legyen az AT 2019wey, az biztosan nem egy BL Lac objektum. Sikerült meghatározni az optikai színképét, és az abban azonosított keskeny emissziós vonalak hullámhossza egyértelműsítette, hogy azok nem vöröseltolódottak: nem egy extragalaktikus objektumról, hanem sokkal közelebb, a Tejútrendszerben levő „valamiről” van tehát szó. Az eredményt egyébként szintén egy intézeti kollégánk, Vinkó József és munkatársai közölték az ATel egy szeptemberi gyors hírében. A spektroszkópiai méréseket a 10 m-es texasi Hobby–Eberly-távcsővel végezték.

A BL Lac helyett az új gyanúsított immár egy ún. röntgenkettős, vagyis egy olyan szoros kettőscsillag-rendszer, amelynek az egyik kompakt tagja – talán egy neutroncsillag vagy akár egy fekete lyuk – anyagot fog be a kísérőjéről. A fizikai folyamat, a sugárzás eredete kísértetiesen hasonlít ahhoz, ami az aktív galaxismagokban játszódik le, csak sokkal kisebb skálán. A becsapós a dologban az, hogy a hozzánk sokkal közelebb található, nagyságrendekkel kisebb teljesítménnyel sugárzó galaktikus röntgenkettősök adott esetben épp olyan fényesnek tűnhetnek, mint óriás társaik, a náluk viszont jóval távolabb levő aktív galaxismagok.

A közeli kísérőjéről agyagot befogó kompakt égitest a befogás közben képes látványos kitöréseket produkálni. (Fantáziakép: NASA / CXC / M. Weiss) Forrás: https://apod.nasa.gov/

A röntgenkettős mostani kitörését okozhatja az, hogy valamiért felgyorsult az anyagbefogás folyamata a rendszerben. Ha ez így van, a megélénkült „égi tűzijáték” kísérőjelensége lehet a szinkrotronsugárzó plazmacsomók kilövellése. Hogy ez valóban így van-e, azt a reménybeli új, nagy felbontással végzett rádióméréseink igazolhatják. Az AT 2019wey története tehát még korántsem ért véget. Ígérjük, ha lesznek új eredmények, azokról itt is beszámolunk!

 

Szerző: Frey Sándor, Tudományos főmunkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet / Svábhegyi Csillagvizsgáló

📸 A borítóképen rádiósugárzó aktív galaxismag fantáziaképe. Forrás: https://www.hayvine.com/

 

Ajánlott linkek:

A szupernóvák listája 2015-ig (IAU Central Bureau for Astronomical Telegrams)

http://www.cbat.eps.harvard.edu/lists/Supernovae.html

A szupernóvák és más tranziens jelenségek listája 2016-tól (IAU Transient Name Server)  

https://wis-tns.weizmann.ac.il/

Az AT 2019wey az adatbázisban

https://wis-tns.weizmann.ac.il/object/2019wey

The Astronomer’s Telegram

http://www.astronomerstelegram.org/

 

Hasonló blogposztok a témában: 

Titokzatos gamma-felfénylések I. rész

Titokzatos gamma-felfénylések II. rész